TW417320B - Self-aligned method for fabricating a ridge-waveguide semiconductor laser diode - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印装 朗.5. 26補充ί — ----------- - — 1Γ ί ί 7 3 2發呐/[明付
File:870055Rev.DOC 五、發明説明 本發明是有關於一種半導體雷射的製造，且特別是 有關於一種脊狀導波管的半導體雷射，其爲一種自我對 準的製造方法。 首先參考第1圖，其繪示一般脊狀波導雷射二極體 (ridge waveguide laser diode)之結構圖。一般之脊狀波導 雷射二極體在一基底100上（如N型基底）依序有第一披 覆波導層（cladding and guiding layer)102、活性層（active layer)104、第二披覆波導層106、介電質層108與頂蓋 層（cap layer) 110。在頂蓋層110上有一層金屬層（P型金 屬電極）112，在基底100下有一層金屬層（N型金屬電 極）114。活性層104與第一及第二披覆波導層102、106 形成雷射的共振腔，由於活性層104的材料的折射率大 於兩侷限波導層102、106之折射率，因此經由載子複 合產生的光便侷限在活性層之中。此外，現今在此領域 被廣泛使用的雷射二極體大都採用雙異質（double heterostructure，簡稱DH)接面。當P側電極112接正電 位而N側電極114接負電位時，便形成順向偏壓，於是 電子由N側，而電洞由P側注入到活性層104中。此時 因爲在活性層104中會形成電位障（potential barrier)使 得電子電洞無法順利通過，這造成活性層中的電子 電洞密度過高。此時便發生載子數反轉（population inversion)效應，載子複合亦放出相同能量與相位的光， 即雷射光。在上述之脊狀波導結構雷射中’電流僅能從 (讀先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4”32〇
Filei870055Rev.DOC Λ' 1Γ
89. Η. 2R 修正福充 經濟部中央標华局員工消費合作社印製 五、發明説明（>) 介電質的表面區域（即脊狀結構的上端）通過。同時，脊 狀結構兩側之介電質提供部分有效地導波使得元件的光 電效率提升。 另外，第1B圖則繪示具有雙通道（double channel)結 構116之脊狀波導雷射。圖式相同標號係代表相同的結 構，其中第一及第二披覆波導層102、106又分別細分 爲第一披覆層與第一波導層l〇2a、102b，以及第二披覆 層與第二波導層106a、106b。參考第1B圖，在晶片磊 晶形成雷射結構後，利用蝕刻法形成雙通道結構116。 之後，成長介電層覆蓋於整個元件上，並利用印刷 技術在脊狀結構120上開出一窗孔，將介電質蝕刻使頂 蓋層110露出，在將P型金屬112鍍上且在基底100背 面硏磨後鍍上N型金屬，完成脊狀波導雷射二極體。 上述的製造方式雖然很簡單，但是在形成脊狀結構 120時，其上方覆蓋光阻所要開的接觸窗孔會有對不準 (misalignment)的問題出現，特別在脊狀結構120的寬度 很小時。例如，在脊狀結構的寬度爲3# m時而且開2/z m的接觸窗孔的話，則左右的對準（alignment)容許誤差 就僅有〇.5/ira，這造成製程上十分困難。另外，上述的 方式也會造成元件特性不佳。因爲金屬112沒有整個覆 蓋住脊狀結構120,如此便造成歐姆接觸（ohrmc contact) 電阻較大且散熱較差，因此無法同時具有容易製作與較 佳的元件特性。 習知關於此種結構雷射的製造方法有許多種改進方 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨-木， 丁--d 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210 X 297公麓） 4ί^32〇
File: 870055Rev. DOC
Λ· \Y 年 I Γί ； i 2S猶充; 經濟部中央標隼局員工消費合作社印装 五、發明説明（3 ) 法，如美國專利第5,504,768號、第4,728,628號、第 4,830,986 號、第 5,059,552 號以及第 5,208,183 號等。 接著便引用數個上述資料來簡略說明習知技藝的缺點。 在美國專利第5,504,768號中所提的方法，其先鍍上 P型金屬，再以P型金屬做爲罩幕蝕刻出脊狀結構與雙 通道結構出來。之後再成長介電層覆蓋元件，接著開窗 孔。此法很明顯地可以看出整個脊狀結構可以被P型金 屬所完全覆蓋，因此沒有歐姆接觸不良與散熱差的問 題。但是此法在形成窄的脊狀構造依舊會有對不準的問 題。 在美國專利第4,728,628號中所提的方法中，也是利 用金屬當罩幕。在蝕刻出脊狀構造後，成長介電層，鍍 上P型金屬，之後再開一大的窗孔，其寬度爲雙通道與 脊狀物的寬度和。之後在此窗內開一寬度與脊狀構造相 當的小窗孔，並鍍上金屬，因此此法沒有對不準的問題。 但是雖然沒有對不準的問題，但是由於脊狀構造兩側裸 露沒有介電層保護，所以在元件操作時所產生的熱會加 速元件與外界反應，使元件剝落。且封裝時，金屬有可 能剝落而掉入通道中造成元件短路與損害。 此外，我們希望在製造過程中只是將脊狀結構上方 的光阻去除掉，並且雙通道中的光阻可以保留並保護脊 狀結構側壁上的介電層。但是習知的製造方法較難達到 此目的。請參考第2圖與第3圖用以說明光阻被顯影去 除而留下的厚度與曝光時間關係的特性曲線圖，用以說 請 先 閲― 讀 背
I 填 % 本 頁 I裝 訂 本紙浪尺度適用+國國家標隼（€奶）六4規格（210乂 297公釐）
File : 87〇〇55Rev. DOC 五、發明説明（夺） 明習知的缺點。第2圖係使用AZ1500光阻並使用G-線（波 長300nra以上）來曝光顯影的實驗圓。從第2圖的曲線200 可以看出在10秒內光阻以完全被顯影去除，並且可以 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁 看出每隔2秒光阻就被去除數千埃。因此，去除光阻較 顯得較難控制。此外，第3圖係使用ODUR1013光阻並 使用深紫外光（Deep Ultra-violet Ray，簡稱 Deep UV， 波長300nm以下）來曝光顯影的實驗圖。從圖中的曲線 300可以看出雖然顯影曝光去除光阻的程度較爲緩和。 圖中顯示約1〇〇秒左右將光阻完全去除，且每1〇秒的 去除厚度約1〇〇〇埃〜2000埃左右。既使如此，上述所說 的較難控制去除光阻厚度的變異性依然存在。因此，以 顯影去除光阻使脊狀結構上方的介電層露出的方式並不 訂' 是一個可以容易掌握的製法。 綜上所述，習知之脊狀導波管半導體雷射具有對不 準的缺點存在。同時也會使得雷射的元件特性較差，如 有較大的歐姆接觸電阻或是散熱不良的問題。 此外，有些製造方法（美國專利第4,728,628號）更會 造成元件短路的問題出現。 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 此外，光阻的去除厚度與曝光時間之間的關係所造 成的製程變異性難以控制的缺點，即造成脊狀結構之側 壁的介電質被過度蝕刻使得金屬不僅鍍在頂蓋層上也會 鍍在側壁上，造成電流注入不良等之較差的元件特性。 因此本發明的主要目的就是在提供一種脊狀導波管 半導體雷射之自我對準製造方法，其具有自我對準製的 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 1732q
Fil e 6 7 0 0 5 5 Re v , DOC 五、發明説明（广） 製造特性，增加製程的穩定度與良率。 本發明的另一目的就是在提供一種脊狀導波管半導 體雷射之自我對準製造方法，其所製造出的雷射二極體 有較佳的元件特性，如較小的歐姆接觸電阻與較好的散 熱特性。 本發明的再一目的就是在提供一種脊狀導波管半導 體雷射之自我對準製造方法，其係利用兩層光阻，再去 除上層光阻形成窗孔後，下層的光阻更可以保護脊狀結 構之側壁介電質以防被過度蝕刻之虞。 爲達本發明上述與其他之目的，提出一種脊狀導波 管半導體雷射之自我對準製造方法，此方法簡述如下_· 本發明主要係以兩層光阻層的技術來完成脊狀波導 雷射二極體的自我對準製造方法，其係利用兩層光阻層 對不同的波長的光靈敏度不同所致。在本發明之實施例 中，第一光阻層可以使用如ODUR1013之光阻，其爲Deep UV(波長爲248 nm)光阻，它只會對波長小於30〇nrn的 光發生反應，而上層光阻（第二光阻），可以使用AZ5214E 光阻，其爲G-線（波長爲436 nm)及I-線（波長爲365 nm) 光阻，它只對波長大於3〇〇nm的光會有反應。因此，只 要利用G-線罩幕對準（G-line mask aligner)曝光照射第二 光阻（AZ5214E光阻），此時光只會與第二光阻反應而第 一光阻（ODUR1013光阻）則沒有反應。如此便可以在第 二光阻開一窗孔使第一光阻暴露出。接著以活性離子蝕 刻(reactive ion etch’簡稱RIE)法去除脊狀結構上的第 (請先間請背面之注意事項再填寫本頁) —-
'1T 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公尨） 417 3 20
File：870055Rev.DOC 五、發明説明（/ ) 一光阻層以及介電質。之前仍保留住的第二光阻層則可 以用來保護在進行RIE蝕刻法時週邊的元件區域不會被 破壞。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖繪示一般之脊狀波導雷射二極體之結構剖面 圖； 第1B圖繪示一般之雙通道結構之脊狀波導雷射二極 體之結構剖面圖； 第2圖繪示光阻在曝光顯影時光阻厚度與曝光時間 的特性曲線圖： 第3圖繪示另一種光阻在曝光顯影時光阻厚度與曝 光時間的特性曲線圖； 第4A圖到第40圖繪示依照本發明之一較佳實施例 的製造方法的步驟流程圖： 第5A圖係一照片用以顯示第4J圖之去除第二光阻 的實際情形； 第5B圖係一照片用以顯示第4M圖之去除第一與第 二光阻後頂蓋層露出的實際情形；以及 第6 A圖到第6P圖繪示依照本發明之另一較佳實施 例的製造方法的步驟流程圖。 標號說明 _ ? ____ 本紙張尺度通用中國國家標皁（CNS )以说格（21〇X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4^32〇
File:870055Rev.DOC i _______ 五、發明説明 100基底 102a第一披覆層 104活性層 106a第二披覆層 108介電層 112第一金屬層 116雙通道結構 102第一披覆與波導層 102b第一波導層 106第二披覆與波導層 106b第二波導層 Π 〇頂蓋層 114第二金屬層 120脊狀結構 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 200、300特性曲線 400基底（N型） 402第一披覆與波導層 404活性層 406第二披覆與波導層 4〇6a蝕刻後的第二披覆與波導層 408頂蓋層 408a蝕刻後的頂蓋層 410第一介電層 410a蝕刻後的第一介電層 411光阻 412雙通道結構 414脊狀結構 416第二介電層 416a蝕刻後之第二介電層 420、422第一與第二光阻層 420a、422a蝕刻後之第一與第二光阻層 424、426第一與第二金屬層 600基底 606活性層 602、610第一與第二波導層 604、608第一與第二披覆層 612頂蓋層 614第一介電層 614a飽刻後之第一介電層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 -_ 訂- 本紙ffc尺度逋用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 4 门3 2ϋ ,
File:870055Rev.DOC ' J ! __ίΓ…—j______ : 五 '發明説明（<?) '一— '… 616、618光阻 620罩幕 618a顯影後的光阻618 622a、622b第一金屬層 612a鈾刻後之頂蓋層 610a蝕刻後之第二導引層 624雙通道 626脊狀結構 630第二介電層 632、634第一與第二光阻 630a蝕刻後之第二介電層 632a、634a蝕刻後之第一與第二光阻 640第二金屬層 650第三金屬層 實施例 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 I - - -- 1 - ---- - -- I ^^^1 I. -I - —^—^1 ! - —^1 I I ^^^1 1 -I I 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明主要係以兩層光阻層的技術來完成脊狀波導 雷射二極體的自我對準製造方法，其係利用兩層光阻層 對不同的波長的光靈敏度不同所致。在本發明之實施例 中，第一光阻層可以使用如ODUR1013之光阻，它只會 對波長小於300nm的光發生反應，而上層光阻（第二光 阻），可以使用AZ5214E光阻，它只對波長大於300nm 的光會有反應。因此，只要利用G-線罩幕對準（G-line mask aligner)曝光照射第二光阻（AZ5214E光阻），此時 光只會與第二光阻（AZ5214E光阻）反應而第一光阻 (ODUR1013光阻）則沒有反應。如此便可以在第二光阻 開一窗孔使第一光阻層暴露出。接著以活性離子蝕刻 (reactive ion etch，簡稱RIE)法去除脊狀結構上的第一 本紙張尺度適用中國國家標孳（CNS ) Α4規格（210Χ 297公t ) 4i^32〇 , _ i
File：a70055Rev.DOC Λ' i · 1Γ a ' … " 五、發明説明（y ) 光阻層以k介電質。之前仍保留住的第二光阻層則可以 用來保護在進行RIE蝕刻法時週邊的元件區不被破壞。 反之，第一層光阻可以是AZ5214E之光阻而第二光 阻則使用ODUR1013之光阻，此時則可以使用Deep UV 罩幕對準機（Deep Ultra-violet mask aligner)對只會小於 300nm的光會有反應之ODUR1013光阻進行曝光照射， 其餘則相同，也可以有相同的結果。 接著以兩種實施例來說明本發明之製造方法的方法 步驟及其優點。但非用來限制本發明之範圍D 第一實施例 請參考第4A圖到第40圖用以說明根據本發明之脊 狀波導雷射二極體的製造方法之一較佳實施例。 首先如第4A圖所示，在一第一型基底400如N型 之InP基底）上依序形成堆疊N型之第一披覆與波導層 (cladding and waveguiding layer) 402、活性層 404 ' 第 二型（P型）之第二披覆與波導層406以及頂蓋層（cap layer)408，其爲P型摻雜半導體層。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 I---------------- (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，如第4B圖所示，在上述之堆疊層上沉積一層 氮化砂（silicon nitride，SiNx)層410之第一介電層，其 可以利用電漿加強式化學氣相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition，簡稱 PECVD)法來形成。 接著，如第4C圖所示，上光阻411進行微影製程。 接著蝕刻去除暴露出的第一介電層410，如第4D圖所 示，其係利用RIE法來蝕刻第一介電層410，並且條件 _SI ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） ' *
A' \V 417320
File:870055Rev.DOC ------- ---- — ------------广 二. ： fp' .. 五、發明説明（p) 1' 3 · 爲使用氣體氟化硫（SF6) 25sccm(standard cubic centimeter per minute ’ seem)、壓力 50 毫托耳（mTorr)、功率爲 20 瓦（W)且時間持續2.2分鐘。之後，將晶片置入丙酮 (Acetone)中，以超音波震盪器去除光阻411，再用去離 子水洗淨並且以氮氣吹乾，形成介電層410a，於頂蓋層 408的上方，做爲通道罩幕之用，如第4E圖所示。 接著參考第4F圖，磊晶層之頂蓋層408與第二侷限 波導層406到一預定的深度，且蝕刻條件爲使用氣體甲 院（CH4)20sccm、氫氣（H2)100sccm，壓力爲 50mTorr， 功率150W且持續10分鐘。由於在蝕刻過程會產生聚合 物（polymer)，因此再使用氣體氧 50sccm，壓力爲 lOOmTorr，功率50W且持續5分鐘來去除聚合物。重複 以上程序兩次使得所形成的通道深度達到1.4vm，如此 便形成雙通道結構412與脊狀結構414。 接著參考第4G圖，以緩衝氧化蝕刻液（buffered oxide etchant)去除第一介電層410a之SiNx，再用去離子水洗 淨並且以氮氣吹乾。之後，如第4H圖所示，再沉積一 層第二介電層416，其方法與形成第一介電層410的方 法相同。 參考第41圖，於基底400上依序上第一光阻420 與第二光阻422。其中第一光阻420可以是ODUR1013 光阻而第二光阻可以是A25214E光阻。這兩種光阻對光 得靈敏度不相同，其中ODUR1013之光阻，它只會對波 長小於300nm的光發生反應，AZ5214E光阻，它只對波 本紙張尺度通用中國國家揉準（CNS > A4说格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丁 - -s 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 ' ΙΓ L— 7320
File:870055Rev.DOC ! 五，發明説明（丨/ ) 長大於300nm的光會有反應 接者參考弟4J圖，利用G-線罩幕對準（Hine mask aligner)曝光照射第二光阻（AZ52ME光阻），此時光只會 與第二光阻（AZ5214E光阻）反應而第一光阻（〇DUR1013 光阻）則沒有反應。如此便可以在第二光阻開一窗孔使第 一光阻層暴露出。剩下未被顯影的第一光阻422a可做 爲對元件周邊區域的保護層之用，免於被後續的製程所 破壞。 參考第4K圖，利用RIE蝕刻法蝕刻第一光阻420 使脊狀結構414上方的的第一光阻420被去除而露出第 二介電層416爲止。此步驟中，可以控制僅有脊狀結構 414上方的光阻，而側壁的介電層416可以被未被蝕刻 去除的第一光阻420a所保護。此RIE的蝕刻條件可以 是使用氧氣（〇2)25sccm、壓力爲50mT〇rr、功率20W並 且持續3分鐘。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 <請先閱讀背面之注意事項再填筇本頁)
接著，如第4L圖所示，蝕刻去除脊狀結構414上方 的第二介電層416以形成4i6a。蝕刻方式與去除第一介 電層的方式相同，係利用RIE法來蝕刻，且條件爲使用 氣體氟化硫（SF0) 25sccm、壓力50 mTon:、功率爲20W 並持續2.2分鐘。 接著，將殘留的第一光阻42〇a與第二光阻422a利 用丙酮去除。此時，脊狀結構414上的頂蓋層408a便 暴露出來，如第4M圖所示。 如上所述，因爲第一光阻420係以RIE蝕刻法來去 15 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（21〇>< 297公t ) 4l732〇 v ί :—
File : 870055Rev, DOC Λ ·、） )V . ___ 五、發明説明（i>) 除，所以它可以精確控制要蝕刻的深度僅僅讓脊狀結構 414上方之第二介電層416暴露出，因此不會有如同習 知技藝般以曝光顯影去除光阻方法所造成的過度去除通 道中的光阻，使得脊狀結構414旁邊的第二介電層416a 側壁及底部露出的缺點。 參考第4N圖，於整個基底400沉積一第一金屬層 424,其覆蓋於第二介電層416a與暴露出的頂蓋層408a。 此金屬層可以是以蒸鍍法蒸鍍鈦/鉑/金（Ti/Pt/Au)，而厚 度爲100A/2000A/2000A之P形金屬，做爲電極之用。 由上述可知，以此法所形成的第一金屬424係覆蓋 於第二介電層416a與暴露出的頂蓋層408a，因此與頂 蓋層408a之間的覆蓋非常的好，因此有很好的歐姆性 接觸，元件特性也因此提高。 經濟部中央標隼局員工消费合作社印裝 i^n m» I-I I nn 1^1^1 n ^^^1 ^^^1 m 1 In——-、 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參考第40圖，於基底400底面硏磨後，沉積一第二 金屬層426。此金屬層可以是以蒸鍍法蒸鍍鍺化金/鎳/金 (AuGe/Ni/Au)’而厚度爲 500A/200A/3500A 之 N 形金屬， 做爲電極之用。更可以在快速熱製程中，將其快速升溫 至380°C持續20秒進行退火，用以形成良好的N型歐姆 接觸。 最後請參考第5A圖與第5B圖，其分別代表顯示上 述第4J圖與第4M圖的實際結果照片，用以說明本發明 之方法係的確可行的。其中第5A圖係顯示所上的兩層 光阻（第一與第二光阻），第二光阻被去除並在脊狀結構 上方形成窗孔，而留下的第一光阻仍覆蓋在上方未被去 _____ 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇ϋ97公釐) ~
4 ί 73 20
File： 3 7 0 0 5 5 Rev. DOC 五、發明説明（Θ) 除。第5B圖係顯示去除兩層光阻後，脊狀結構上之頂 蓋層之P +半導體裸露出來的情形。 筚二實施例 請參考第6A圖到第6P圖用以說明根據本發明之脊 狀波導雷射二極體的製造方法的另一較佳實施例。 首先如第6A圖所示，在一第一型基底600(如N型 之InP基底）上依序形成堆疊第一波導層（waveguide layer) 602、第一披覆層（cladding layer)604、活性層 606、第二 披覆層608 '第二型（P型）之第二波導層610以及頂蓋層 612，其爲p+摻雜半導體層。 接著，如第6B圖所示，在上述之堆疊層上沉積一層 氮化砂（silicon nitride，SiNJ層614之第一介電層，其 可以利用電漿加強式化學氣相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition，簡稱 PECVD)法來形成。 接著，如第6C圖所示，上光阻616進行微影製程。 接著蝕刻去除暴露出的第一介電層614，如第6D圖所 示，其係利用RIE：法來蝕刻第一介電層614，並且條件 爲使用氣體氟化硫（SF6) 25sccm、壓力50mT〇rr、功率爲 20W並且持續2.2分鐘。之後，將晶片置入丙酮（Acetone) 中，以超音波震盪器去除光阻616，再用去離子水洗淨 並且以氮氣吹乾，形成介電層614a於頂蓋層612的兩 側，做爲通道罩幕614a之用，如第6E圖所示。 請參考第6F圖，在頂蓋層612上方覆蓋上一層光阻 618。之後，在光阻618上方放置一鉻罩幕（chromium mask) ______ 本紙張尺度適用中國國家標芈（〇^)六4規格（2〖0><29：/公釐） (請先閱讀.背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ?32〇
File : 87〇〇55Rev. DOC 年 五、發明説明（作）
620’隨後對此罩幕620曝光顯影使光阻618變成如第6G 中之光阻618a的圖案，並且使部分頂蓋層612暴露出 來。 接著參考第6H圖，第一金屬（622a與622b)沉積在 光阻618a上（622b)與中央暴露出的頂蓋層612上方 (622a)。最後以剝離（Hft-off)法剝除金屬622b以及光阻 618a，如第61圖所示。以此法形成的第一金屬層622a 可以完全覆蓋頂蓋層610使第一金屬層622a與頂蓋層 61〇有很好的歐姆性接觸。由上述可知，以此法所形成 的第一金屬622a與頂蓋層612之間的覆蓋非常的好， 因此有很好的歐姆性接觸，元件特性也因此提高。 接著，對第61圖中暴露於介電層614a與金屬622a 外的頂蓋層612部分，以RIE法進行飩刻。其往下蝕刻 頂蓋層612與第二披覆層610到達一預定的深度，剩下 頂蓋層612a與第二披覆層610a，如第6J圖所示d至此 形成脊狀雷射二極體的雙通道結構624與脊狀結構626。 之後，以緩衝氧化蝕刻液去除留下的第一介電層614a 的部分，再用去離子水洗淨並且以氮氣吹乾。 參考第6K圖，沉積一層第二介電層630，其方法與 形成第一介電層614的方法相同。第二介電層630沉積 於整個基底600上方，覆蓋住脊狀結構626與雙通道結 構 624。 隨後，如第6L圖所示，依序上第一光阻632與第二 光阻634。其中第一光阻632可以是ODUR[013光阻， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 .装. 訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公楚） 4ί 73 20 ~mT~c Λ - ft β I，止.
File:870055Rev.DOC ’年 〇 日 -- -------------s L—.，“用充丨 五、發明説明（/,) 而第二光阻634可以是AZ5214E光阻。這兩種光阻對光 得靈敏度不相同，其中ODUR1013之光阻，它只會對波 長小於300nm的光發生反應’ AZ5214E光阻，它只對波 長大於300ntn的光會有反應。 接著，如第6M圖所示，照射第二光阻634曝光顯
影在脊狀結構上方開一窗孔。此時係利兩線罩幕對準 (G-line mask aligner)曝光照射第二光阻 634(如 AZ5214E 光阻）。此時光僅對弟一光阻634有影響，而第—光阻632 不會對此光有所反應，因此窗孔開出後暴露出的第一光 阻632仍很完整地覆蓋住雙通道結構624與脊狀結構626 上的第二介電層630。剩下未被顯影的第二光阻634a可 做爲元件周邊區域的保護層之用，免於被後續的製程所 破壞。 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閉讀背面之注意事項再填寫本頁) 接著，如第6N圖所示，進行對裸露出的第一光阻 進fj RIE法鈾刻。利用RIE飩刻法触刻第一光阻6 32使 脊狀結構626第一金屬622a上方的的第一光阻632被 去除爲止。此步驟中，可以控制僅有脊狀結構626上方 的光阻，而側壁的介電層630可以被未被蝕刻去除的第 一光阻632a所保護。此RIE的蝕刻條件可以是使用氧 氣（〇2)25sccm、壓力爲50mTorr、功率20W並且持續3 分鐘。此步驟中，因爲第一光阻僅蝕刻至第一金屬622a 上方的的第一光阻632而暴露出第二介電層630，所以 脊狀結構626的側壁上的第二介電層63〇能可以被第一 光阻632a所保護。 本紙張又度適用中國國家操芈（CNS ) A4規格（210X297公釐） 417320
File : 8 7 0 0 55 Rev. DOC 五、發明説明（β ) 接著蝕刻第一金屬622a上方暴露出之第二介電層 630成爲圖示之630a，其係利用RIE法來飩刻，且條件 爲使用氣體氟化硫（SF6) 25SCctn、壓力50 mTorr、功率 爲20W並持續2.2分鐘。此時做爲電極之用的第一金屬 層622a便暴露出來，如第60圖所示。 如上所述，因爲第一光阻632係以RIE蝕刻法來去 除，所以它可以控制要蝕刻的深度僅僅讓第一金屬622a 上方之第二介電層630暴露出，因此不會有如同習知技 藝般以曝光顯影去除光阻方法所造成的過度去除通道中 的光阻，使得脊狀結構旁邊的介電層側壁露出的缺點。 請再參考第60圖，在餓刻後之第二介電層630a與 第一金屬層622a上方再形成一第二金屬層640，作爲打 線之用，此金屬層640是以蒸鍍法蒸鍍鈦/金（ΤΊ/Au)而 厚度爲 300A/4000A。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 最後請參考第6P圖，在基底600的底面硏磨後，再 形成第三金屬層650，其爲N型金屬。此金屬層650是 以蒸鍍法蒸鍍鍺化金/鎳/金（AuGe/Ni/Au)而厚度爲 500A/200A/3500A之N形金屬，做爲電極之用。更可以 在快速熱製程中，將其快速升溫至380°C持續20秒進行 退火，用以形成良好的N型歐姆接觸。 至此，完成整個脊狀波導雷射二極體。 因此，本發明的特徵是連續上兩層對光靈敏度不同 的光阻來達成脊狀雷射二極體自我對準之製造方法。其 具有良好的對準特性，故可以應用於更小尺寸的元件(寬 _^_ 本紙張尺度適用中國國家標準i CNS ) Α·4規格（2〗0 X 297公釐） B修正| 月Q ^補充 41了32〇
File : 8 7 0 0 55 Rev. DOC 五、發明説明（/7 ) 度更小的脊狀物）的製造。 本發明的另一特徵是第一光阻（下層光阻）係以RIE 法來蝕刻使脊狀結構上介電層露出，故可以控制光組蝕 刻率在ΙΟΟθΑ/min，遠較習知技術利用曝光顯影方式去 除光阻有更佳的精確性與均勻性，因此可以良好地控制 僅讓脊狀結構上介電層露出，而側壁及底部上的介電層 仍被第一光阻所保護。因此製程得以很容易地被控制， 故有較佳的良率與產率。 本發明的再一特徵是在此製造方法之下，金屬與頂 蓋層間覆蓋良好，因此元件有更佳的元件特性，如更好 的歐姆性接觸與散熱特性。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫 離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾， 因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定 者爲準。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印掣 本紙乐尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

  1. 經濟部中夬標隼局員工消費合作社印製 4 1 7 :? 2 0 eg 9 7 0 0 5 5 clm.doc/006_^ 六、申請專利範圍 第八七一〇九七七一號申請專利範圍修正本，曰期：89年9月21日 1.一種脊狀導波管半導體雷射之自我對準製造方法，包 括步驟： 循序成長與堆積一第一披覆層與波導層、一活性層、一 第二波導與披覆層以及一頂蓋氧化層於一半導體基底上； 形成一第一介電層於該頂蓋層上方，並且圖案化該第一 介電層，形成一通道罩幕； 形成一雙通道結構與一脊狀結構，之後並去除該第一介 電層： 形成一第二介電層於該基底上，並且覆蓋該雙通道結構 與該脊狀結構； 依序上一第一光阻與一第二光阻於該第二介電層上 方，其中該第一與該第二光阻對光的靈敏度並不相同； 曝光顯影該第二光阻，用以形成一窗孔於該脊狀結構的 上方，並且使部分該第一光阻裸露於該窗孔中，並且藉由 該第一與該第二光阻對光的靈敏度不相同使得該第一光阻 並沒有被曝光顯影； 去除該第一光阻，並且在該脊狀結構上之該第二介電層 裸露出來後，停止去除該第一光阻； 去除該脊狀結構上裸露出之該第二介電層，使下方的該 頂蓋層露出，之後去除該第一與該第二光阻； 形成一第一金屬層於該基底上方，並且覆蓋於整個該第 二介電層與該脊狀結構上露出之該頂蓋層，做爲電極之 用； __20_ 本紙浪尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4^ ( 210X297公
    ------------t.------IT------^ (請先閱讀f面之注意事項再填寫本頁) 41 了 320 87〇〇55clm.doc/〇Q6 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 形成一第二金屬層於該基底下方，做爲電極之用。 2_如申請如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該半 導體基底係N型基底。 3. 如申請如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該頂 蓋層係P型半導體3 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一介電 層與該第二介電層的材料係氮化矽(SiNx)。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一介電 層與該第二介電層係以電漿加強式化學氣相沉積（plasma enhanced chemical vapor deposition，簡稱 PECVD)法瑕成。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一介電 層的厚度係2500A。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一介電 層係以緩衝氧化蝕刻液去除。 8·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該雙通道結 構係以活性離子蝕刻(RIE)法蝕刻而成，並蝕刻至一預定的 深度3 9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一光阻 係ODUR1013光阻，而該第二光阻係AZ5214E光阻。 10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該第二光 阻係以波長大於300nm之光來曝光顯影。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一光 阻係AZ5214E光阻，而該第二光阻係ODUR1013光阻。 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該第二光 請 先 聞 背- 之 注 事 項 再 % . 本表 頁 訂 線 本纸杀尺度適用中國國家標準（CNS ) ΑΊ规格（21 〇 X 2们公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 417320 AS B8 870055clm.doc/006 D8 六、申請專利範圍 阻係以波長小於300nm之光來曝光顯影。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一光 阻係以活性離子蝕刻(RIE)法來蝕刻，使底下該脊狀結構上 之該第二介電層暴露出。 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一光 阻與該第二光阻係以超音波震盪器去除。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一與 該第二金屬層係以蒸鍍法沉積而成。 16. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一層 金屬係P型金屬之鈦/鉑/金(Ti/Pt/Au)層。 17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該鈦/鉑/ 金層的厚度係100A/2000A/2000A。 18. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二層 金屬係N型金屬之一鍺化金/鎳/金（AuGe/Ni/Au)層。 19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該鍺化金 /鎳/金層的厚度係500A/200A/3500A » 20. —種脊狀導波管半導體雷射之自我對準製造方法， 包括步驟： 循序成長與堆積一第一披覆層、一第一波導層、一活性 層、一第二波導層、一第二披覆層以及一頂蓋氧化層於一 半導體基底上； 形成一第一介電層於該頂蓋層上方，並圖案化該第一介 電層，用以形成一通道罩幕於該頂蓋層兩側； 形成一第一金屬層於該通道罩幕之間，並且與該頂蓋層 ___22_ 本紙張尺度適用和國國家標隼（CNS > A4規格（210X297公釐) -----------裝------訂—^--..---線 (請先閱讀膂面之汰意事項再填寫本頁) 經濟部中央標#局員工消费合作社印製 4 H 3 20 A8 B8 870055dm. doc/006 Do 六、申請專利範圍 歐姆接觸； 形成一雙通道結構與一脊狀結構，之後去除該第一介電 層； 形成一第二介電層於該半導體基底上，並且覆蓋該雙通 道結構與該脊狀結構； 依序上一第一光阻與一第二光阻於該第二介電層上 方，其中該第一與該第二光阻對光的靈敏度並不相同； 曝光顯影該第二光阻，用以形成一窗孔於該脊狀結構的 上方，並且使部分該第一光阻裸露於該窗孔中，並且藉由 該第一與該第二光阻對光的靈敏度不相同使得該第一光阻 並沒有被曝光顯影； 去除該第一光阻，並且在該脊狀結構上之該第二介電層 裸露出來後，停止去除該第一光阻； 去除該脊狀結構上裸露出之該第二介電層，使下方的該 第一金屬層露出，之後並且去除該第一與該第二光阻；以 及 形成一第二金屬層於該基底下方，做爲電極之用。 21. 如申請如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該 半導體基底係N型基底。 22. 如申請如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該 頂蓋層係P型半導體。 23. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一介 電層與該第二介電層的材料係氮化矽(SiNx)。 24. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一介 ____23_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X29?公釐> ------^----Μ------------0 (請先閱讀t'面之;i.意事項再填寫本頁) 4 丨7 3 20 870055clm.doc/006 ABC 8 D 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範園 電層與該第二介電層係以電漿加強式化學氣相沉積法形 成。 25. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一介 電層的厚度係2500A。 26. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一介 電層係以緩衝氧化蝕刻液去除。 27. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該雙通道 結構係以活性離子蝕刻(RIE)法蝕刻而成，並蝕刻至一預定 的深度。 28. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一光 阻係ODUR1013光阻，而該第二光阻係AZ5214E光阻。 29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該第二光 阻係以波長大於300nm之光來曝光顯影。 30. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一光 阻係AZ5214E光阻，而該第二光阻係ODUR1013光阻。 31. 如申請專利範圍第30項所述之方法’其中該第二光 阻係以波長小於300nm之光來曝光顯影。 32. 如申請專利範圍第30項所述之方法’其中該第一光 阻係以活性離子蝕刻(RIE)法來蝕刻，使底下該脊狀結構上 之該第二介電層暴露出。 33. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第一光 阻與該第二光阻係以超音波震盪器去除。 34. 如申請專利範圍第20項所述之方法’其中該第一與 該第二金屬層係以蒸鍍法沉積而成。 請 先 閱 讀 背* 意 事 項 再 填 裝 頁 訂 線 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (173 870(J55clm»doc/006 A8 Β8 C8 D8 申請專利乾圍 35. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第二層 金屬係N型金屬之一鍺化金/鎳/金(AuGe/Ni/Au)層。 36. 如申請專利範圍第35項所述之方法，其中該鍺化金 /鎳/金層的厚度係500A/200A/3500A 。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝- 訂 線 經濟部中夬標隼局員工消費合作杜印裝 25 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公釐）
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